Shape measurement by means of imaging using partially coherent illumination, Teil 2 (Spice II)

Die optische Messtechnik stellt für viele Produktionsprozesse eine wichtige Grundlage für die Qualitätssicherung dar. Für Anwendungen in der Massenproduktion von Mikrobauteilen werden Messtechniken benötigt, die eine hohe Messgeschwindigkeit, eine geringe Messunsicherheit und eine erweiterte Tiefenschärfe haben und vibrationsunempfindlich sind. Ein Messsystem, das diese Eigenschaften verbindet, ist nach dem derzeitigen Stand der Technik jedoch nicht verfügbar. Aus diesem Grund wurden in der ersten Förderphase die Grenzen und Möglichkeiten der Formmessung mittels optischer Abbildung unter Verwendung von räumlich teilkohärentem Licht untersucht. Das entwickelte Verfahren ermöglicht eine schnelle, augensichere und vibrationsunempfindliche Formmessung von Mikroteilen mit einer erweiterten Tiefenschärfe. Die Messunsicherheit des Verfahrens an Objekten mit einer rauen Oberfläche bewegt sich zurzeit aber noch im Bereich einiger Mikrometer. Die Reduzierung der Messunsicherheit ist jedoch ein entscheidender Faktor für eine industrielle Anwendung.

Ziel des Fortsetzungsprojekts ist daher die Realisierung einer Messmethode mit den oben genannten Eigenschaften zur Formmessung technischer Bauteiler mit einer Messunsicherheit von 1 µm oder weniger. Zur Erreichung dieses Ziels soll das Messobjekt sequenziell oder gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen mit mehreren LEDs als Lichtquellen beleuchtet werden. Die entsprechenden Aufnahmen werden pixelweise basierend auf dem Ansatz einer Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. In der ersten Phase dieses Fortsetzungsprojektes soll durch die Verwendung einer durch eine elektrische Spannung in der Brennweite einstellbaren Linse (tunable lens) dabei eine Messzeit von unterhalb einer Sekunde erreicht werden.

In der zweiten Phase dieses Fortsetzungsprojekte soll die Messgeschwindigkeit dann durch die Verwendung eines digitalen Mikrospiegelarrays (DMD) mit einer fast 10-mal höheren Schaltgeschwindigkeit im Vergleich zur einstellbaren Linse signifikant erhöht werden. Dazu ist es erforderlich, die Winkeldispersion des DMD aufgrund des Wellenlängenspektrums der verwendeten LEDs als Beleuchtungsquelle zu kompensieren, um eine schnelle Datenerfassung innerhalb des Tiefenscanprozesses zu ermöglichen. Am Ende des Fortsetzungsprojektes soll damit ein Demonstrator eines schnellen, robusten Messsystem für die oben beschriebene Anwendung mit einer Messunsicherheit von 1 µm oder weniger zur Verfügung stehen.

Ausgewählte Veröffentlichungen

M. Agour, C. Falldorf, R. B. Bergmann: Extended-aperture shape measurements using spatially partially coherent illumination (ExASPICE) Sensors, 24(10), 3072 (2024), DOI: https://doi.org/10.3390/s24103072

M. Agour, C. Falldorf, R. B. Bergmann: Improved 3D form profiler based on extending illumination aperture, Proc. SPIE 12618, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection XIII, 126180T SPIE Optical Metrology, 2023, Munich, Germany (2023), DOI: http://dx.doi.org/10.1117/12.2673783

Laufzeit:

01.07.2022-30.06.2025

Förderkennzeichen:

BE 1924/34-2, 284158589

Fördermittelgeber:

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft